回旋加速器是加速帶電粒子的裝置，在早期的加速器中，帶電粒子僅被加速電場加速一次，因此粒子的最終能量主要受到高壓技術的限制?；匦铀倨魇堑谝环N圓形加速器，帶電粒子在其中做回旋運動。
回旋加速器按照其加速原理，一般可以分為經典回旋加速器、同步回旋加速器和等時性回旋加速器；根據磁鐵結構的分布還可以分成扇形聚焦回旋加速器和分離扇回旋加速器等類型；根據磁鐵勵磁線圈種類還可以分為超導回旋加速器、常溫回旋加速器；這些回旋加速器的概念是隨著對束流的需求一步步發展起來的。
歐內斯特·勞倫斯在1929年構想的首臺“將輕離子多次加速到高速度的裝置”，在1931年伯克利的加利福尼亞州研究室建造成功，稱為經典回旋加速器。這個實驗室現在稱為勞倫斯-伯克利國家實驗室。他研制的“11in”（1in=2.54cm）回旋加速器具有直徑為28cm的磁極面，能產生0.001μA、1.22MeV的質子束。所有早期回旋加速器均采用平的磁極，所以沿磁極半徑增大的方向要求磁場緩慢下降以便獲得足夠的聚焦，這與加速到相對論能量要求磁場沿徑向增長之間出現了矛盾，因此必然會存在能量極限。
概述
早期的加速器只能使帶電粒子在高壓電場中加速一次，因而粒子所能達到的能量受到高壓技術的限制。為此，象R.Wideröe等一些加速器的先驅者在20年代，就探索利用同一電壓多次加速帶電粒子，并成功地演示了用同一高頻電壓使鈉和鉀離子加速二次的直線裝置，并指出重復利用這種方式，原則上可加速離子達到任意高的能量（實際上由于受到狹義相對論影響，實際只能加速到25-30MeV）。但由于受到高頻技術的限制，這樣的裝置太大，也太昂貴，也不適用于加速輕離子如質子、核等進行原子核研究，結果未能得到發展應用。
發展史
早期
早期的加速器只能使帶電粒子在高壓電場中加速一次，因而粒子所能達到的能量受到高壓技術的限制。
1930年，Earnest O. Lawrence提出了回旋加速器的理論，他設想用磁場使帶電回旋加速器粒子沿圓弧形軌道旋轉，多次反復地通過高頻加速電場，直至達到高能量。1931年，他和他的學生利文斯頓（M. S. Livingston）一起，研制了世界上第一臺回旋加速器，這臺加速器的磁極直徑只有10cm，加速電壓為2kV，可加速氘離子達到80keV的能量，向人們證實了他們所提出的回旋加速器原理。隨后，經M. Stanley Livingston資助，建造了一臺25cm直徑的較大回旋加速器，其被加速粒子的能量可達到1MeV?；匦铀倨鞯墓廨x成就不僅在于它創造了當時人工加速帶電粒子的能量記錄，更重要的是它所展示的回旋共振加速方式奠定了人們研發各種高能粒子加速器的基礎。
二個重要的階段
30年代以來，回旋加速器的發展經歷了二個重要的階段。前20年，人們按照歐內斯特·勞倫斯的原理建造了一批所謂經典回旋加速器，其中最大的可生產44MeV的α粒子或22MeV的質子。但由于相對論效應所引起的矛盾和限制，經典回旋加速器的能量難以超過每核子20多MeV的能量范圍。后來，人們基于1938年托馬斯（L. H. Thomas）提出的建議，發展了新型的回旋加速器。因此，在1945年研制的同步回旋加速器通過改變加速電壓的頻率，解決了相對論的影響。利用該加速器可使被加速粒子的能量達到700MeV。使用可變的頻率，回旋加速器不需要長時間使用高電壓，幾個周期后也同樣可獲得最大的能量。在同步回旋加速器中最典型的加速電壓是10kV，并且，可通過改變加速室的大?。ㄈ绨霃?、磁場），限制粒子的最大能量。
等時性回旋加速器
60年代后，在世界范圍掀起了研發等時性回旋加速器的高潮。等時性回旋加速器（Iso回旋加速器chronous cyclotron）是由3個扇極組合（compact-pole 3 扇形）的回旋加速器，能量可變，以第一和第三偕波模式對陽離子進行加速。在第一偕波中，質子被加速到6 MeV~ 30 MeV，氘核在12,5 MeV~25 MeV, α粒子在25 MeV~50 MeV, He3 +2離子在18 MeV ~62 MeV 。磁場的變化通過9對圓形的調節電感線圈來完成，磁場的梯度與半徑的比率為(4,5 - 3,5)×10-3 T/cm。磁場方位角通過六對偕波線圈進行校正。RF系統由180°的兩個Dee組成，其操作電壓達到80kV，RF振蕩器是一種典型的6級振蕩器，其頻率范圍在8,5 - 19 MHz。通常典型的離子源呈放射狀，并且可以通過控制系統進行遙控，在中心區域有一個可以活動的狹縫進行相位調節和中心定位。使用非均勻電場的靜電偏轉儀（electrostatic deflector）和磁場屏蔽通道進行束流提取，在偏轉儀上的最大電勢可達到70 kV。對30 MeV強度為15 mA質子在徑向和軸向的發射度（Emittance）為16p mm.mrad。能量擴散為0.6%，亮度高，在靶內的束流可達到幾百mA。用不同的探針進行束流強度的測量，這些探針有普通TV的可視性探針；薄層掃描探針和非截斷式（non-interceptive）束流診斷裝置。系統對束流的敏感性為1mA，飛行時間精確到0,2 ns。束流可回旋加速器主線圈(2張)以傳送到六個靶位，可完成100%的傳送。該回旋加速器最早在1972年由INP建造，它可使質子加速達到1 MeV，束流強度為幾百mA，主要用于回旋加速器系統（離子源、磁場等）的研究。
70年代以來，為了適應重離子物理研究的需要，成功地研制出了能加速周期表上全部元素的全離子、可變能量的等時性回旋加速器，使每臺加速器的使用效益大大提高。此外，還發展了超導磁體的等時性回旋加速器。超導技術的應用對減小加速器的尺寸、擴展能量范圍和降低運行費用等方面為加速器的發展開辟新的領域。同步加速器可以產生筆尖型（pencil-thin ）的細小束流，其離子的能量可以達到天然輻射能的100，000倍。通過設計邊緣磁場來改變每級加速管的離子軌道半徑。最大的質子同步加速器是Main Ring（500GeV）和Tevatron（1TeV）在Fermi National 加速器 Laboratory 芝加哥 ；較高級質子同步加速器的是在Geneva的 European Laboratory for Particle 物理學 (CERN)安裝應用的SPS(Super Proton Synchrotron), 450 GeV。
歐內斯特·勞倫斯(E.O.Lawrence,1901-1958)因此獲得1939年諾貝爾物理學獎。
理論研究
1930年歐內斯特·勞倫斯提出回旋加速器的理論，1932年首次研制成功。它的主要結構是在磁極間的真空室內有兩個半圓形的金屬扁盒（D形盒）隔開相對放置，D形盒上加交變電壓，其間隙處產生交變電場。置于中心的粒子源產生帶電粒子射出來，受到電場加速，在D形盒內不受電場力，僅受磁極間磁場的洛倫茲力，在垂直磁場平面內作圓周運動。繞行半圈的時間為，其中q是粒子電荷，m是粒子的質量，B是磁場的磁感應強度。如果D形盒上所加的交變電壓的頻率恰好等于粒子在磁場中作圓周運動的頻率，則粒子繞行半圈后正趕上D形盒上電壓方向轉變，粒子仍處于加速狀態。由于上述粒子繞行半圈的時間與粒子的速度無關，因此粒子每繞行半圈受到一次加速，繞行半徑增大。經過很多次加速，粒子沿螺旋形軌道從D形盒邊緣引出，能量可達幾十兆電子伏特（MeV）?；匦铀倨鞯哪芰渴苤朴陔S粒子速度增大的相對論效應，粒子的質量增大，粒子繞行周期變長，從而逐漸偏離了交變電場的加速狀態。進一步的改進有同步回旋加速器。
工作原理
回旋加速器的基本構成是兩個處于磁場中的半圓D型盒和D型盒之間的交變電場。帶電粒子在電場的作用下加速進入磁場，由于受到洛倫茲力（其中為磁感應強度，為帶電粒子所帶電荷）而進行勻速圓周運動，每運動到兩個D型盒之間的電場時在電場力作用下加速，之后再次進入磁場進行勻速圓周運動。在不考慮阿爾伯特·愛因斯坦的狹義相對論時，由于在磁場中回旋半徑與速度成正比，故當回旋半徑大于回旋加速器半徑時，帶電粒子達到最大速度。實際上，根據狹義相對論，帶電粒子的質量隨速度的增加而增加，故實際應用中帶電粒子的回旋周期并非恒定。
有關計算
字母介紹:周期T 頻率f 電荷量q 磁場強度B 質量m 最大速度Vmax 電壓U 電場寬度忽略 時間t
最大半徑
最大動能
離子每旋轉一周增加的能量為2qU 提高到Ek時旋轉周數為N
在磁場運動時間為t磁=NT=
在電場中運動時間可忽略
（以下為拓展內容）
電場寬度d
若不忽略電場寬度
離子看作Vo=0的勻加速直線運動
t電=
t總=t電+t磁=
回旋加速器可以同時加速質量電量相同的正負離子么？
理論上是可以的，因為它們可以向兩個方向運動，而且因為比荷相同，他們同時加速。又是空間結構的D型盒，不用擔心碰撞。
作用
（1）磁場的作用
帶電粒子以某一速度垂直進入勻強磁場時，只在洛倫茲力作用下做勻速圓周運動，其中周期與速率和半徑無關，使帶電粒子每次進入D形盒中都能運動相等時間（半個周期）后，平行于電場方向進入電場中加速。
（2）電場的作用
回旋加速器的兩個D形盒之間的窄縫區域存在周期性的變化的并垂直于兩D形盒直徑的勻強電場，加速就是在這個區域完成的。
（3）交變電壓
為了保證每次帶電粒子經過狹縫時均被加速，使其能量不斷提高，要在狹縫處加一個與粒子運動的周期一致的交變電壓。
應用
加速器是核科學研究的重要平臺，可開展中子物理、核數據測量、質子輻照效應、新核素合成、不穩定核結構、質子的生物學效應等方面研究，并在核能技術開發以及同位素生產和核醫學等方面具有廣泛應用。
回旋加速器可生產治療癌癥同位素藥物，其產生的電子束甚至能用于清除草莓上的細菌。?
1995年中國原子能科學研究院與比利時IBA共同研制的cyc-30型回旋加速器投入使用，生產各種醫用同位素。
2006年6月23日，中國首臺西門子股份公司eclipse?醫用回旋加速器在位于中國人民解放軍南部戰區總醫院內的正電子藥物研發中心正式投入臨床運營。
eclipse?采用了深谷技術、靶體及靶系統技術、完全自屏蔽等多項前沿技術，具有高性能、低消耗、高穩定性的優點。
回旋加速器是產生正電子放射性藥物的裝置，該藥物作為示蹤劑注入人體后，醫生即可通過顯像觀察到患者腦、心、全身其它器官及腫瘤組織的生理和病理的功能及代謝情況。所以依靠回旋加速器生產的不同種顯像藥物對各種腫瘤進行特異性顯像，達到對疾病的早期監測與預防。
國內發展
中國實驗快堆作為國家“863”計劃的重大項目，從“七五”就開始預先研究，“九五”進入工程設計和建造階段，2011年7月建成?？熘凶臃磻眩ê喎Q“快堆）是第四代先進核能系統的主力堆型，是先進燃料循環的關鍵環節，國家已將其作為前沿技術列入國家中長期科技發展規劃。
中國國防科工局2014年7月4日宣布，中國在核物理研究領域取得重大進展，由中核集團原子能科學研究院完成的回旋加速器首次調試出速度接近一半光速的質子束。
參考資料 >
2.6帶電粒子在電磁場中運動.中山大學物理科學與工程技術學院.2014-07-04
中國成功研制先進回旋加速器 可用于生產治癌藥物.鳳凰網.2014-07-04